Ein etwas tieferer Blick in die Fransenkrone (Stephanoceros)

[KayZed]

Hallo Tümpelfreunde,

die Fransenkrone gilt bei Vielen als eines der faszinierendsten Mikro-Geschöpfe. Seit langem habe ich sie wieder mal auf der Unterseite eines Seerosenblattes in einem eutrophen Weiher gefunden. Schon in der Petrischale war sie mit ihrer Größe von gut einem Millimeter nicht zu übersehen.

Unter dem gut wassergefüllten Deckglas war allerdings von dem zarten Gehäuse nichts zu erkennen. Möglicherweise hat es das Rädertier durch die Manipulationen schon vorher verlassen. Die Fangarme waren immer mehr oder weniger ausgebreitet. Den klassischen Fangkorb der Arme konnte ich nicht beobachten, obwohl verschiedene Mikroalgen gefangen und gefressen wurden.
Ist dies vielleicht auf die Störung unter dem Deckglas zurückzuführen?

Abgesehen von der ästhetischen Bewegung der Arme ist die Reaktion der außenstehenden Wimpernbüschel immer wieder beeindruckend zu beobachten. Sobald ein Mikroorganismus die Wimpern berührt, schlagen sie peitschenartig Richtung Mundöffnung. Dabei gibt es eine synchronisierte Bewegung des gesamten Wimpernumfeldes am Fangarm. Im Video ist das wiederholt sehr schön zu sehen.

https://youtu.be/ROCJQe1OmDc

Interessant wäre, wie diese Reaktion ausgelöst und koordiniert wird? Rädertiere besitzen ein einfaches Nervensystem mit Sinnescilien. Die Auslösung könnte also neuronal erfolgen. Wird die synchronisierte Bewegung der Nachbarwimpern auch über diesen Pfad gesteuert oder erfolgt sie auf biochemischem Weg? Löst der Berührungsreiz eine blitzartige Veränderung bestimmter Ionenkonzentrationen bzw. -potentiale in der Pellikula aus?
Vielleicht kann einer der Experten dazu Genaueres mitteilen, da ich im Netz dazu bislang nichts gefunden habe.

Bekanntermaßen zeigt das Dunkelfeld (12,5) diesen filigranen Organismus am schönsten.



Da mich besonders die Struktur der Fangarme und des Mundumfeldes mit ihren Wimpern besonders beeindruckte, möchte ich dazu noch drei Bilder anhängen, die im DIK 40 aufgenommen wurden. Es war naturgemäß bei der relativ starken Präparatdicke ein wenig Glückssache passende Stellen scharf zu treffen.








Viel Spass beim Anschauen
LG KlausZ

[Siegfried]

Hallo Klaus
Du schreibst
"viel Spass beim Anschauen"
Ich habe mich nicht nur beim Anblick deiner Fotos erfreut,
sondern dazugelernt habe ich beim Lesen deiner Angaben auch.
        Gruß von Siegfried

[Kurt]

Hallo Klaus,

ja, über diese Fotos freue ich mich auch.

Wenn man die räumliche Ausdehnung der Krone in Betracht zieht, sind Dir die Aufnahmen mit dem 40er-DIK ausgezeichnet gelungen. Ich finde es gut, dass Du die Aperturblende weit geöffnet hast, etwas auf Schärfentiefe verzichtet hast und dafür schön Details in der Fokusebene zeigst...

Ich habe in all den Jahren noch nie eine Fransenkrone im Okular zu Gesicht bekommen, da bist Du mir weit voraus!

Grüße aus FG
Kurt

[KayZed]

Hallo Siegfried und Kurt,

euer positives feedback zu den Bildern freut mich.
Wobei das Medium Film gerade Bewegungsvorgänge noch eindrücklicher vermittelt, auch wenn dabei etwas Detailauflösung verloren geht,

Ich bin ja wirklich kein Proto- oder Metazoen-Experte, Siegfried. Aber die biologischen Prozesse hinter den beobachteten Vorgängen interessieren mich schon sehr.
Leider gibt es dazu - außer manchmal mühsam zu findenden wissenschaftlichen Detailuntersuchungen - kaum Literatur.
Und die Experten-Gemeinde im Forum ist auch dünn gesäht und/oder will wohl nicht ständig an der Tastatur sitzen.

Kurt, das macht gerade die Mikroskopie so spannend, dass man unverhofft immer wieder überrascht wird.
Doch du solltest keinen Grund haben, dich zu beklagen. Deine Algen-Probe war an Reichhaltigkeit kaum zu überbieten.

Einen schönen Tag
KlausZ

[Rawfoto]

Guten Morgen Klaus

Gratulation, ich habe das noch nie gesehen, faszinierend

Liebe Grüße

Gerhard

[Michael Plewka]

Hallo Klaus;
vielen Dank für den Hinweis auf Dein Video,  das ich mit großem Interesse angesehen habe.

...Wird die synchronisierte Bewegung der Nachbarwimpern auch über diesen Pfad gesteuert oder erfolgt sie auf biochemischem Weg? Löst der Berührungsreiz eine blitzartige Veränderung bestimmter Ionenkonzentrationen bzw. -potentiale in der Pellikula aus?...

Da hast Du ein paar interessante Fragen aufgeworfen, die gar nicht so einfach zu beantworten sind.  Da ich mich  auch schon seit einiger Zeit mit den collotheciden Viechern beschäftige und einiges recherchiert habe, behaupte ich jetzt einfach mal:  kein Mensch weiß das.

In den Tentakeln von Stephanoceros befinden sich keine Nervenzellen, d.h.  die Aktivierung der Borsten muss anders erfolgen.  Dabei ist es vielleicht ganz interessant darauf hinzuweisen, dass z.B.  in der Corona des "Wappen-Rädertiers" Brachionus  offenbar Muskelfasern (nicht Nervenzellen) für die Aktivierung der Borsten verantwortlich sind.

Muskelfasern kann man in den Tentakeln erkennen, siehe hier:
https://www.plingfactory.de/Science/Atlas/KennkartenTiere/Rotifers/01RotEng/source/Stephanoceros%20fimbriatus.html


Zwar habe ich diese Art noch nicht so häufig gesehen, dennoch zeigen die Viecher, die ich beobachten konnte, ein ähnliches Verhalten wie das Viech,  das in Deinem Video zu sehen ist.  Dabei   scheinen die Tentakel in Deinem Viech merkwürdig abgeknickt, so dass sich die Frage stellt, ob im Video (noc)h die natürliche Körperhaltung zu sehen ist. Des weiteren stellt sich allerdings so wie schon häufiger bei diesen Collotheciden die Frage, inwieweit das Verhalten unvoreingenommen dargestellt  wird.


Der Begriff "Fangarm" suggeriert ja schon eine bestimmte Funktion dieser Organe, wobei es aufgrund  menschlicher Intuition  naheliegt anzunehmen, dass die Tentakel mechanisch am Beutefang beteiligt sind. Sowas hat man lange Zeit für die langen Cilien des am nächsten mit Stephanoceros verwandten "Reusen-Rädertiers" (Collotheca) ebenfalls angenommen. Genauere Beobachtungen, auch durch Videos, zuletzt noch in der wundeschönen Dokumentation von "Goldfuß"
https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=44905.0

, dokumentieren dagegen ein aktives Hereinschwimmen der Beute in das Vestibulum, das dann durch Muskelkontraktion geschlossen wird. Das aktive Hereinschwimmen kann als Chemotaxis gedeutet werden. Die Cilien sind dabei in keiner Weise in mechanischer Hinsicht an diesem Vorgang beteiligt, so dass ihnen eher eine andere Funktion (z.B. Verteilung von chemischen Attraktionsstoffen) zugeordnet werden sollte.

Die Borsten in den Tentakeln bei Stephanoceros  sind in Form einer Wendeltreppe angeordnet;  das kann mann auf einigen Deiner Bilder gut sehen. Erfolgt an irgeneiner Stelle eine "Reizung", so bewegt sich zunächst eine Borste peitschenartig. Die Schlagrichtung ist dabei m.o.w. parallel zu der Steigung der Windung dieser Wendeltreppe nach außen ("oben").  Die benachbarten Borsten schlagen dann in metachroner Abfolge (nicht synchron!) und zwar immer! in Richtung  nach vorn, d.h. weg vom  Vestibulum. Dabei  sollten 2 unterschiedliche Fälle  der Aktivierung unterschieden werden. Entweder wird das gesamte Tentakel  durch Kontraktion der Retraktormuskeln im Körper zum Körper hinbewegt, so dass dieser Ruck eine Wasserbewegung relativ zu vielen der  Borsten bewirkt, (so dass dann auf einer größeren Strecke die Borsten gleichzeitig (synchron!) aktiviert werden). Oder aber  ein bewegliches Körperchen (z.B. Flagellat etc) berührt eine Borste, so dass dann eine lokal begrenzte Aktivierung benachbarter Borsten (und dann eine  metachrone Abfolge) passiert.
Interessanterweise bewegen sich die Cilien/Borsten nach der Kontraktion anders.

Ich betone das Prinzip der Metachronie deshalb, weil damit ein Bezug hergestellt wird zu dem Beitrag hier:

https://www.mikroskopie-forum.de/index.php?topic=45000.0

Die gemeinsame Beobachtung ist also die metachrone Bewegung der Borsten, die immer in einer bestimmten Richtung erfolgt (wobei dieses im Gegensatz steht zu Ciliaten wie z.B. dem Pantoffel"tierchen", bei dem die metachrone Bewegungsrichtung der Lilien problemlos umgekehrt werden kann.)

M.E  ist also die morphologische Grundstruktur  für diese Metachronie bei allen Rädertieren vorhanden und befindet sich bei den meisten Rädertieren in der Korona ("Krone"), kann somit als homolog angesehen werden. Das Problem dabei ist, dass die "Krone" der "Fransenkrone"  nicht homolog zu den Kronen der anderen Rädertiere ist......

Beste Grüße
Michael Plewka

[KayZed]

Hallo Michael,

großen Dank für deine ausführliche und interessante Antwort.

Ich merke schon, dass man bei der Beschreibung von Mikroorganismen auf eine adäquate Begrifflichkeit achten muss:
Es ist klar, dass es sich bei den Tentakeln der Fransenkrone eigentlich nicht um Fangarme handelt, da sie am Beutefang nur indirekt beteiligt sind.
Auch die synchrone Wimpernbewegung ist zutreffender als metachron zu bezeichnen. Dies entspricht auch meiner Beobachtung, dass sie umgebenden Wimpernbüschel etwas zeitversetzt auf den Berührungsreiz reagieren.
Man könnte es optisch als eine Art Wellenbewegung ansehen.

Von beiden Aktivierungsarten, die du beschreibst, scheint bei meinem Viech vorwiegende letztere vorzukommen.

Wie du in deinem Beitrag zu Conochilus schon erwähnt hast, ist eine neuronale Weiterleitung der metachronen Bewegung eher auszuschließen.
Damit wäre doch eine biochemische Steuerung zu favorisieren? Aber wie gesagt, das bleibt Spekulation, solange es dazu keine genaueren Forschungen gibt.
Immer wieder überraschend, dass bestimmte Feinstrukturen wie z. B. die Mikrotubuli schon recht gut untersucht und verstanden sind, andere wiederum kaum.

Du bringst eine dritte Variante ins Spiel, die Reiz-Reaktion an Muskelfasern. Aber auch hier müssen die Fasern doch über gewisse Druckrezeptoren verfügen?

Natürlich lässt sich durch Beobachtung nicht feststellen, ob die Wimpern nicht auch chemische Lockstoffe Richtung Mundfeld bewegen. Allerdings hatte ich den Eindruck, dass die Beuteorganismen durch den metachronen Wimpernschlag richtiggehend zum Vestibulum geschleudert werden und das zum Teil kaskadenartig, d. h. wenn eine Mikroalge durch die erste Bewegung zu einer gegenüberliegende Tentakel gerät, führen deren Wimpernbüschel sofort eine weitere Schleuderbewegung aus usw..

Mich würde auch interessieren, wann Stephanoceros seine "typische" Kronen-(Reusen)-Haltung einnimmt. Jedenfalls war mein Exemplar mindestens zwei Tage ohne Störung (Beobachtung) am Boden der Petrischale und ich konnte die offene, leicht abgeknickte Haltung der Tentakeln schon recht deutlich bei 30-40-facher Vergrößerung im Stereomikroskop erkennen. Insofern ist diese Stellung nicht erst durch das Deckglas induziert worden.

Bin mal gespannt, ob es es zu diesem faszinierenden Organismus noch weitere Beobachtungen gibt.
Nochmal meine Bewunderung für die feinen Detailaufnahmen auf deiner englischsprachigen Seite. Die deutsche Seite wird ja wohl schon seit einiger Zeit nicht mehr aktualisiert.

Liebe Grüße
KlausZ

[Bernard-J]

Guten Tag an alle,

@KayZed  Ihr Video ist außergewöhnlich. Sie sollten es veröffentlichen und nicht im nicht gelisteten Modus belassen.

Die Frage nach dem Empfang, der Übertragung und der Wirkung eines Signals durch die Wimpern ist eine sehr faszinierende Frage, und ich könnte einige Ansatzpunkte vorschlagen. Das wichtigste Zentrum sind die Zentriolen. Suchen Sie in Google scholar nach "centrioles sensory receptors" oder ähnlichen Schlüsselwörtern.  Für ein tieferes Verständnis müssen wir uns von der Vorstellung verabschieden, dass die DNA ein Computerprogramm ist, das die gesamte Steuerung der Zelle beherrscht, und dass das Zytoplasma einfach den Anweisungen der DNA folgt.  Das Zytoplasma enthält sehr viele Informationen. Pionierarbeit auf diesem Gebiet wurde von Günther Albrecht-Buehler geleistet.  Seine Forschungsergebnisse sind zu wenig bekannt.
https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-1-4757-4723-2_1
http://www.basic.northwestern.edu/g-buehler/contents.htm#cont3

[KayZed]

Hallo Bernard,

deine Wertschätzung des Videos ehrt mich sehr.
War wohl auch etwas Glück dabei, einige Momente des Beutefangs passend zu erwischen.

Herzlichen Dank auch für die vertiefenden Hinweise und links zur Informationssteuerung in Zellen.

Einen schönen Abend wünscht
KlausZ

[KayZed]

Hallo zusammen,

ich habe die Erklärungsspur von Bernard nochmal ein wenig verfolgt und bin zu der Auffassung gekommen, dass dieser Ansatz recht vielversprechend ist.

Das Zentrosom spielt wohl eine zentrale Rolle in der intrazellulären Organisation und Kommunikation. Es besteht bekanntlich aus den Mikrotubuli zweier Zentriolen in einer Proteinhülle.
Zentrosome organisieren nicht nur den Spindelapparat bei der Zellteilung, sondern sind auch ständig am Aufbau und der Veränderung des dynamischen Zytoskeletts beteiligt.
Folgender Spektrum-Artikel gibt einen ersten Einblick: https://www.spektrum.de/magazin/das-centrosom/821013

Aufschlussreich im Zusammenhang mit der metachronen Cilienbewegung ist nun die Tatsache, dass die Basalkörper der Cilien im Prinzip funktionsangepasste Zentrosome darstellen.
Außerdem verfügt offenbar jede Zelle über rein sensorische Cilien, sodass der mechanische Reiz eines Beuteorganismus über die Basalkörper sprich Zentrosome an das Zytoskelett (bestehend aus Mikrotubuli und dünneren Filamenten) weitergeleitet wird. Äußerst interessant ist nun die in der Zellforschung immer deutlicher zu Tage tretende Auffassung, das das Zytoskelett nicht allein stützende Funktionen ausübt, sondern intensiv an der Weiterleitung von Informationen ( u. a. über Botenproteine) beteiligt ist (vgl. z. B. S. Piccolo, Zytoskelett - Die Mechanik der Zelle, in Spektrum kompakt: Die Zelle S 47ff).

Hier findet Bernard's Feststellung eine Bestätigung, dass das Zytoskelett und-plasma nicht nur DNA-Befehle ausführt, sondern selbst aktiv an den Steuerungs und Kommunikationsabläufen beteiligt ist. Es kann sogar offensichtlich auf das An- und Abschalten von Genen Einfluss nehmen.

Da ich nun kein Biologe bin, ist für mich als interessierten Laien hier das Ende der Fahnenstange erreicht.

Zumindest scheint neben den neuronalen oder rein biochemischen Vorgängen eine durchaus plausible dritte Erklärungsvariante für die abgestimmte Cilienbewegung in den Tentakeln der Fransenkrone möglich zu sein:
Die Zentrosome (Basalkörper) der (sensorischen) Cilien steuern in Zusammenarbeit mit dem Zytoskelett die Weitergabe der Informationen.

Herzliche Grüße
KlausZ

[KayZed]

Hallo Mikrofreunde,

weil es gerade passt und wirklich interessant ist, noch eine Ergänzung aus aktuellem Anlass.

In der Biologie-Seite findet sich gerade ein neuer Artikel über die "Theorie der Mikro-Härchen".

https://www.biologie-seite.de/News/Die_Theorie_der_Mikro-H%C3%A4rchen.html

Dort wird zur Erklärung der Wellenbewegung von Härchen bzw. Cilien ein völlig anderer Ansatz verfolgt, nämlich ein systemorientierter physikalischer.
Wenn ich es richtig verstehe, würden demnach die physikalischen Gesetze in Flüssigkeitsströmungen quasi zwangsläufig zu einer Synchronisation von Bewegungen führen.
Dies wäre sozusagen das Ergebnis der Selbstorganisation eines komplexen Systems (hier der Cilien in einer Flüssigkeit)

Unter diesem Aspekt wäre dann eine intrazellulärer Informationsfluss zur Cilien-Koordination gar nicht notwendig.

Ja, Naturwissenschaft kann spannend sein.

Viele Grüße
KlausZ